В разделе «Ветер» в «Википедии» можно прочитать десяток научных терминов вроде «ненулевой барический градиент», «ячейка Хэдли» и «циркуляция атмосферы», а найти простое и понятное объяснение ветра – нет. Авторам «ММ» приходится даже смотреть видеоуроки по географии за 6-й класс, чтобы, во-первых, понять самим, как образуется ветер, а во-вторых, доступно рассказать читателям.
Кратко: из-за неравномерного нагревания поверхности Земли и разницы в атмосферном давлении.
Начнем с эксперимента «Мини-Земля». В солнечный день берем две тарелки, в одну из которых насыпаем землю, а в другую наливаем воду. Обе ставим под прямые солнечные лучи и оставляем на некоторое время. Через полчаса вы увидите, что тарелка с землей нагрета гораздо сильнее, чем с водой, и термометр это докажет. И вот отсюда начинается наш рассказ о том, как образуется ветер.
Каждый день Солнце направляет свои лучи на нашу планету и нагревает всю ее поверхность, как эти самые тарелки. Но не равномерно – это самое главное. Темные участки нагреваются быстрее, чем светлые, а суша – быстрее, чем вода. Географы говорят, что для нагревания 1 см 3 воды нужно в три раза больше тепла, чем для 1 см 3 песка. Согретая поверхность отдает свое тепло атмосфере – воздушной оболочке Земли. А поскольку теплый воздух легче, он поднимается, и создается область пониженного атмосферного давления. Остается «пробел» – его надо чем-то заполнить. Тогда на место теплого воздуха приходят плотные, холодные воздушные потоки с непрогретых поверхностей – и вот уже дует ветер. Из-за неравномерного нагревания Земли на планете постоянно происходит «обмен» воздушными потоками. С затененных материков с горами и лесами теплый воздух поднимается, а холодные потоки с океанов и морей дуют в сторону континентов, на города и деревни. Чем больше разница температур между этими воздушными массами, тем быстрее они движутся, и тем сильнее ветер. В длину потоки воздуха могут достигать тысяч километров, а в высоту – сотен.
Конус-ветроуказатель, в просторечии «носок». Фото: pxhere.com
Второй важный фактор, кроме солнечного тепла, – постоянное вращение планеты вокруг своей оси. Подчиняясь силе Кориолиса, все потоки воздуха, движущиеся вдоль Земли, отклоняются. Поэтому ветры в Северном полушарии «кренят» вправо, а в Южном – влево (по отношению к направлению движения). Обычно ветры движутся над поверхностью горизонтально, но существуют и восходящие и нисходящие потоки: циклоны и антициклоны (подробнее в нашем материале о творцах погоды). И если на Земле ветер представляет собой потоки воздуха (в основном смесь азота и кислорода), то на других планетах – смесь свойственных им газов (подробнее о космическом ветре).
Еще на планете живут пассаты – ветры, дующие между тропиками. Здесь все сложнее и завязано на экваторе – самом жарком месте Земли. Солнце нагревает поверхность в экваториальной полосе, и нижние воздушные потоки поднимаются и расходятся одновременно к южному и северному полюсам. По всему экватору образуется область низкого давления, которая «всасывает» воздух из субтропиков. Между экватором и субтропиками создается циркуляция. Поскольку Земля вращается и воздушные массы подвержены силе Кориолиса, изначально двигаясь по прямой, они смещаются. И если на океанах они дуют «правильно», то ближе к земной поверхности их направление меняется еще и под воздействием местных препятствий, например, гор. В результате в Северном полушарии дуют северо-восточный и юго-западный пассаты, в Южном – юго- восточный и северо-западный. Пассаты обоих полушарий «отделены» друг от друга полосой вдоль всего экватора – по-научному, внутритропической зоной конвергенции.
В умеренных широтах дуют западные ветры – они влияют на формирование океанических течений, переносящих теплые экваториальные воды к западным берегам континентов. А на полюсах преобладают восточные ветры – сухие, нерегулярные и слабые, они дуют из полярных районов в низкие широты. Поскольку в полярных областях солнечного тепла меньше, воздух там быстро охлаждается и опускается, образуя высокое давление и выталкивая приполярный воздух в направлении более низких широт. Но Земля – это не только материки и океаны, а еще множество локальных географических объектов: водоемы, моря, пустыни, горные массивы. Разнообразие подстилающей поверхности создает местные ветры. Например, на берегах морей и больших озер дуют морской и континентальный бриз, сменяющие друг друга утром и вечером. Особенно они заметны летом, когда разница между температурами воды и земли самая высокая. Морской (дневной) дует с моря на прибрежье, а ночной (континентальный, береговой) – с суши на море. Оба достигают небольшой скорости в 1–5 м/с.
Горы могут останавливать ветер и порождать его. Над взгорьями солнце греет сильнее, создавая область низкого давления. Так появляются свойственные горам и долинам ветры: фён, или бора, например. А если горы стоят на берегу озера или моря, то начинается целый ветряной сабантуй – на Байкале, например, дуют не менее пяти ветров. В пустынях тоже свои ветры: суховей, самум. А теперь представьте, какое количество воздушных масс «танцует» на нашей планете ежедневно. Огромное! Все преобладающие и местные ветры на всем земном шаре в совокупности образуют то, что географы называют «циркуляцией атмосферы» – процесс постоянного движения воздушных потоков. А он, в свою очередь, влияет на климат в разных регионах Земли и заставляет нас брать зонтик по утрам.
Какой он?
Кратко: у ветра изучают силу, скорость, направление и продолжительность.
Основными характеристиками ветра считают скорость, силу и направление. Анемометр – механический прибор, в котором движение воздуха приводит в действие лопасти и на шкале отображается скорость ветра. От нее неотделима его сила, которую изучают с помощью шкалы Бофорта – она показывает, сколько метров преодолевает слой воздуха в секунду. Наиболее распространена 12-балльная шкала, но возможно использование 17-балльной, если речь идет о сильном урагане. Чем выше балл, тем сильнее и опаснее последствия от ветра: движение океанических и морских волн, распространение дыма из трубы, качание деревьев, помеха движению человека и др.
Самую большую скорость порыва ветра на Земле зафиксировали на острове Барроу в Австралии в 1996 году. Тогда автоматическая метеостанция зарегистрировала порыв в 113 м/с (408 км/ч). Но! Важно, что это был кратковременный порыв, – они могут достигнуть огромной скорости, длиться одну секунду и тут же закончиться. Что касается постоянной скорости ветров, то самые быстрые дуют в Антарктиде со скоростью до 90 м/с.
Смерч, или торнадо, – один из самых губительных эффектов ветрообразования. Это атмосферный вихрь, нисходящий к поверхности Земли в виде столба. Чтобы измерить его силу и скорость, применяют особую Шкалу Фудзиты. В ней шесть ступеней, где первая – штормовой смерч, повреждающий трубы, вывески и вышки, а шестая – опустошительный, который срывает дома с фундаментов. Фото: Jim Reed, photographynewsworld.com
Направление ветра определяют по части света, с которой он дует. С севера – значит, северный, с юга – южный и так далее. Всего выделяют восемь направлений: четыре – по сторонам света (северный, южный, западный, восточный) и столько же промежуточных (северо-западный, северо- восточный, юго-западный, юго-восточный). С определением направления обычно справляются флюгеры. Чаще всего их делают из металла – на вертикальной основе устанавливают «флаг», который поворачивается под действием ветра. Вариант попроще – тканевый конус-ветроуказатель, прикрепленный к палке или столбу. Их часто можно увидеть на аэродромах и взлетных полосах. Принцип работы – как и у флюгера. После долгих наблюдений для разной местности составляется роза ветров. На ней обозначены все ветры, дующие в конкретном регионе за определенный период. Роза помогает при строительстве шоссе и трасс, взлетно-посадочных полос, планировке населенных пунктов, в сельском хозяйстве и т. д.
Флюгеры могут иметь самый необычный вид. Фото: Sophie Hale, www.flickr.com
Изучением ветра занимаются и география, и климатология, и динамическая метеорология. На большинстве метеорологических станций скорость ветра измеряют на высоте 10 м и усредняют за 10 минут. Выделились только США с усреднением за минуту и Индия – с усреднением за три. Зачем нужно усреднять скорость? Для климатологов, поскольку скорость постоянного ветра, измеренная за минуту, обычно выше значения, измеренного за 10 минут. Климатологи составляют карты и атласы ветров, отображающие, как и куда движутся воздушные потоки в конкретном регионе и на планете вообще. Сейчас существуют онлайн-карты ветров, где можно увидеть, что происходит с воздухом конкретно на вашей улице – одна из них, например, доступна на сайте. Мы можем только услышать ветер, а потрогать и увидеть – нет. И это делает его если не страшнее, то могущественнее. Будучи давним другом нашей планеты, он влияет практически на все сферы ее жизни. И больше всего – на людей.
На гербах используют розу ветров, которую любой метеоролог назовет ошибкой. В геральдике это стилизованная звезда с равномерно распределенными лучами. Ее можно увидеть на гербах многих городов и на эмблемах НАТО (4 луча), ЦРУ США (16 лучей), Министерства по чрезвычайным ситуациям и Министерства транспорта Российской Федерации (8 лучей). Правильная роза ветров выглядит примерно так – лучи неравномерны. Фото: www.mesonet.agron.iastate.edu
Фото: pixabay.com
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
